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[转载]谷歌实现全球首例量子化学模拟！: 热度 1 quantumchina 2020-8-29 09:24; 量子计算发现了新大陆！ 8月27日，谷歌量子计算研究团队宣布其使用量子计算机对化学反应路径进行建模取得了突破性进展，这是迄今为止首次，也是最大规模的化学量子计算。其发表的题为《超导量子比特量子计算机的 Hartree-Fock 近似模拟》（Hartree-Fock on a Superconducting Qubit Quantum Computer）的成果论文，当天便登上了《自然》杂志封面。量子计算模拟化学反应值得一提的是，这已经是谷歌第二次因量子研究登上《自然》杂志封面了。第一次是在去年10月，谷歌重磅发布量子优越性研究成果。在这篇的论文中，谷歌用54个量子比特的数组达到了量子优越性，并在200秒内完成了规定操作，与此相同的运算在当时世界最大的超算summit上也需要10000年才能完成。可以说，此项研究在量子计算的历史上将具有划时代的意义。而在这项研究中发挥关键作用的Sycamore 处理器，也正是本次化学实验中量子计算机所使用的处理器。 Sycamore 处理器之所以采用量子计算机模拟，是由于原子和分子受量子力学系统控制，可以通过量子位来存储信息并执行计算，因此有望成为精确模拟的最佳方法。具体而言，研究人员使用了噪声鲁棒的变分量子特征求解算法VQE（variational quantum eigensolver）直接模拟了化学机制。在反应中，两个氮原子和两个氢原子组成了二氮烯分子。其过程是，氢原子在氮原子周围不断移动形成了不同的结构。经过检测发现，量子模拟与传统计算机上执行的模拟结果基本吻合，由此可以确定量子模拟的有效性。除此之外，整个Hartree-Fock运算方程近似于一个真实化学系统，它是量子计算机上传统化学计算的两倍，并且包含了十倍的量子门操作。虽然氮氢反应是较为基础的化学反应，甚至不需要配备量子计算机来模拟就可以轻松得出结果，但研究人员Babbush介绍，此项研究验证了当前量子计算机开发的算法可以达到实验预测所需的精度，开拓了一条通往量子化学系统逼真的模拟路径。接下来，他们会将量子模拟的算法扩大到更复杂更大分子的化学反应中，而这会非常容易，只需要更多的量子位和较小的算法调整即可。他强调称，未来我们甚至可以使用量子模拟来开发新的化学物质。 VQE算法减少量子误差使用量子计算机模拟分子系统的基态能量存在很多方法，而在本次研究中，研究人员专注于量子算法“构件块”（building block）或电路元图，并通过VQE完善其性能。在传统设置中，该电路元图等效于Hartree-Fock模型，是优化版化学模拟算法的重要电路组件。该组件的鲁棒误差抑制对于精确模拟至关重要。量子计算中的误差是由于量子电路与环境的相互作用而产生的（即使很小的温差也可能导致量子比特误差）。而无论是在量子比特还是其他方面产生的误差，在模拟化学反应时，量子算法必须以较低的成本解决掉这些误差。就像实现量子纠错码。解决误差最流行的方法是使用VQE。实验中，研究人员选用了几年前开发的VQE，它将量子处理器看作神经网络，可以通过最小化成本函数来优化量子电路的参数，并解决嘈杂的量子逻辑。简言之，就像传统神经网络可以通过优化容忍数据中的缺陷一样，VQE可以通过动态调整量子电路参数解决量子计算过程中产生的误差。 Sycamore处理器实现高精度如上文所说，本次研究的量子计算机采用的是Sycamore处理器。本次化学模拟实验需要更少的量子比特，但是需要更高的量子门保真度来解决化学键问题。这导致了新的，有针对性的校准技术的发展，该技术可以最佳地放大误差，从而便于对其进行诊断和纠正。 10个量子比特上模拟Hartree-Fock对分子几何形状的能量预测其误差成因可能来源于量子硬件堆栈中。 Sycamore具有54比特，由140多个单独可调的元件组成，每个元件都由高速模拟电脉冲控制。要实现对整个设备的精确控制，需要对2000多个控制参数进行微调，即使这些参数中的微小误差也可以迅速扩大总计算中的误差。为了准确地控制设备，研究人员使用了自动化的框架，该框架将控制问题映射到具有数千个节点的图形上，每个节点代表一个物理实验以确定一个未知参数。遍历此图可从设备的先验知识转移到高保真量子处理器，并且可以在不到一天时间内完成。最终，这些技术与算法误差缓解技术一起减少了错误数量级。如下图：上图为氢原子线性链的能量随着每个原子之间的键距增加而增加。其中，实线是使用经典计算机进行的Hartree-Fock模拟，而点是使用Sycamore处理器进行计算的。上图为使用Sycamore计算的每个点的两个准确性度量（失真和平均绝对误差）。 “Raw”是来自Sycamore的原始误差。 “ + PS”是来自校正电子数量的一种误差。 “ +Puriflication”是一种针对正确状态缓解误差的措施。 “ + VQE”是消除所有误差后的优化结果。开启化学计算蓝图谷歌首席执行官桑达尔·皮猜（Sundar Pichai）第一时间在Titter上表达了自己喜悦的心情，他称，此次在量子化学领域的最新成果是迄今为止最大的化学量子计算，也是第一次使用量子计算机对化学反应路径进行建模。电子能量的量子计算可以打破困扰多粒子量子力学的维数诅咒，换句话说，通用量子计算机具有从根本上改变计算化学和材料科学的潜力，但在这些领域中，强电子相关性对传统电子结构方法带来了阻碍。而本次研究利用Sycamore处理器、VQE模型以及误差缓解策略为量子化学系统开辟了一条新的路径。通过对多达12个量子比特的仿真测试，确保了化学反应精度，同时为扩展到更大更复杂的化学系统提供了可能性。研究团队表示，本次实验可以成为量子处理器实现化学计算的蓝图，以及物理模拟优势的起点。更重要的是，未来已知如何以一种简单的方式修改本实验中使用的量子电路，使得它们不再有效地可仿真，这将为改进的量子算法和应用确定新的方向。雷锋网雷锋网雷锋网引用链接：论文： https://arxiv.org/pdf/2004.04174.pdf 代码： https://github.com/quantumlib/ReCirq/tree/master/recirq/hfvqe https://science.sciencemag.org/content/369/6507/1084 https://ai.googleblog.com/2020/08/scaling-up-fundamental-quantum.html 来源： https://mbd.baidu.com/newspage/data/landingsuper?context=%7B%22nid%22%3A%22news_9924139905921674609%22%7Dn_type=0p_from=1; 个人分类: 量子计算|2050 次阅读|2 个评论

[转载]在量子实验室造出人工黑洞: quantumchina 2020-7-7 08:12; 现代快报讯（记者胡玉梅许军）2019年，首张黑洞照片亮相，让人们见识了黑洞的长相。而这也引起了人们更大的好奇心：黑洞真的什么都吞，只进不出吗？未来，人们是否可以像“都敏俊”教授一样在时空中穿梭？由于技术的限制，人类目前仍然无法到达黑洞附近，直接观测黑洞边缘的粒子行为。那么，能否在实验室中模拟黑洞边缘呢？上海交通大学教授金贤敏团队与南京大学祝世宁院士、刘辉教授团队合作，利用微小的光子芯片，成功构造了一个人工黑洞，并成功实现了对人工黑洞视界附近粒子对产生和演化过程的量子模拟。该研究成果近日发表在《国家科学评论》上。量子实验室里的黑洞是个小芯片黑洞究竟长什么样？这对很多人而言，神秘，不可思议。而对祝世宁及其团队而言，黑洞，并不陌生。2013年，祝世宁及其团队在一块微小的光子芯片上，模拟出光在天体引力场中的传播，观察到光受引力场吸引所产生的弯曲——弯曲得太厉害就形成黑洞，光逃不出来。 △光子芯片上构造的一维人工黑洞。被访者供图 “和2013年不同的是，我们这次的实验拓展到了有关量子现象的模拟。”南京大学副教授盛冲是科研团队成员之一，他介绍说，和当年的光子芯片的经典模拟不同，这次做的是一个量子模拟实验。“目前科技还无法让一个人去黑洞边缘去测量，所以我们研究首先是从简化开始，采用飞秒激光制备波导阵列光子芯片的方式制造了黑洞边缘的引力体系，利用物理的类比思想来开展研究。虽然光子芯片是另外一个物理体系，但是可以用来描述黑洞附近粒子的演化过程，是有科学参考价值的。” 盛冲告诉现代快报记者，量子模拟实验中的“黑洞”芯片长度只有10毫米，由100个10多微米的光纤波导阵列组成，构造出了对于光子来说和黑洞边缘完全相同的环境。 “我们把制造出的一个个单光子打入模拟出的黑洞边缘势场，光子进入途中的各种变化都会被飞秒激光直写技术记录，我们就能观测到类似黑洞附近量子场涨落而产生粒子的加速演化或者逃逸过程。”盛冲介绍说，以往对于黑洞的研究，大多是经典体系的模拟，如激光光束轨迹一类的实验，而本次的研究则是制造了一个类比的引力系统，而后把单个光量子引入，可以说是第一个把量子光学和引力体系结合起来的实验。黑洞能吞吃，真的只进不出吗？在大家心目中，黑洞超能吞，不管是什么，只要靠近它就被吞吃了，甚至连光都被吃掉。这些被吞吃的物质，都在黑洞被永久“储存”吗？霍金给出的答案是：NO。1974年，霍金用量子效应理论推测出，宇宙中存在一种由黑洞散发出来的热辐射，它能够让黑洞失去质量；甚至当黑洞损失的质量比增加的质量多的时候就会造成缩小，最终消失。这种热辐射，也被称作霍金辐射。这次实验，祝世宁团队首次用量子效应，模拟了霍金效应。“真正探测到霍金辐射目前是不可能的，因为它的温度比宇宙的背景辐射还低，在物理学中，科学家利用不同体系去模拟霍金辐射，如声波、水波。我们团队此次的研究，是第一个在光量子芯片的实验中模拟霍金辐射，也部分验证了霍金辐射的理论。”盛冲告诉现代快报记者。盛冲表示，研究团队通过设计双层的光子波导晶格并实验观察了费米子对在黑洞视界附近处的加速、产生和演化，结论为，一个具有正能量的单光子波包成功逃离黑洞而具有负能量的单光子波包却被黑洞捕获。这个结果违背了粒子总是被黑洞捕获的经典物理图象，它与霍金辐射相似，源自与引力效应相关的量子效应。通过实验观察到，由于真空涨落产生的粒子-反粒子对在黑洞的视界附近有不同的演化行为，具有负能量的粒子落入黑洞，而具有正能量的粒子则逃逸，导致黑洞失去质量，从外面来看则是黑洞向外释放了一个粒子。将模拟高维弯曲时空，验证光子时空穿梭 “现在的实验结果只是一维黑洞，后续，我们要做更高维度的黑洞。”盛冲说。黑洞总是会让人联想到虫洞，而后拓展到人类的星际旅行、时空穿梭，这一切都存在于理论中。那么光子在更高维的弯曲时空实验中，是否能验证时空穿梭现象呢？盛冲表示，基于波导阵列的光子芯片，在未来的研究中可以构建更高维的弯曲时空。例如，可以用二维波导阵列来模拟三维时空，也可以用二维波导阵列加上光子偏振或频率来模拟四维时空。此外，由于传播方向在波导阵列中扮演时间的角色，因此还可以模拟动态的弯曲时空度规，如膨胀的宇宙，以及时空的涟漪——引力波等。 “在未来，我们可以通过实验来验证粒子是否进行了时空穿梭。不过这里的时空穿梭，和科幻片的穿越不一样。未来的实验，将会给光子加载一些信息，让它传递给另一个光子。正常情况下，比如这个光子在考虑传播介质损耗的情况下在它的寿命期是无法把信息传递给另一个光子的，但是通过模拟弯曲了时空，造出一个类似虫洞捷径可以将光子携带的信息成功的传递出去。此外，现代快报记者了解到，这种光子在阵列芯片中传输的过程还可以被用于实现未来的量子计算。来源： http://news.ynet.com/2020/07/06/2710342t70.html; 个人分类: 量子模拟|1808 次阅读|0 个评论

[请教] 量子集成电路、量子芯片 Quantum Chip 今后30年内的实用前景？: 热度 3 zlyang 2019-7-1 15:49; 量子集成电路、量子芯片 Quantum Chip 今后 30年内的实用前景？量子芯片 Quantum Chip，不懂是怎么回事。很想知道“量子集成电路 Quantum Chip”在今后30年内能不能达到实用阶段。一、原子弹与裂变核能发电 1939年8月2日，爱因斯坦给罗斯福总统的信：“这一新发现，也可以用于制造炸弹。一枚这样的炸弹，如果用船载着去轰炸一个港口，就可以摧毁整个港口，连同它周围的部分地区”。 1941年12月，美国制定了代号为“曼哈顿”的绝密计划。1942年6月，美国正式实施，10多万人，历时3年，耗资20亿美元，原子弹于1945年7月16日成功。 1945年7月16日，人类第一颗原子弹在新墨西哥州阿拉莫果尔多沙漠爆炸成功，方圆60公里内都被巨大的火球照亮。 1951年12月美国实验增殖堆1号（EBR-1）首次利用核能发电，是裂变（Nuclear Fission）。二、高温可控热核聚变 Nuclear Fusion 1929年，阿特金森（Atkinson）和奥特麦斯（Houtermans）提出高温聚变理论。1934年，奥利芬特（Oliphant）实现了第一个核聚变反应。1952年11月1日，氢弹爆炸。 1951年，开始研究可控核聚变。 1958年解密。所以，人类事先很难判断一项技术的未来。美国国会和总统都不看好的原子弹，只用了7年就爆炸。1951年12月核能发电（Nuclear Power），也就 13年。都很看好高温可控热核聚变，可是， 60 多年了，还没有实用化。 10倍以上是时间判断误差。三、发愁我在1995年提出，存在一种“传统集成电路设计的新原理” 。目前美国研究人员 Naveen Kumar Machal 等人的研究，实际上属于该原理。假如量子计算与量子芯片在30年内不能实用化（类似“高温可控热核聚变”，瑶池蟠桃、天上明月，可望而不可及），则有必要下决心研制这种“新型的传统集成电路，即 ‘半路、半场’集成电路 ”。反之，如果量子计算机在30内实用化，则没有必要研究 “半路、半场”集成电路。人类实用集成电路芯片的可能未来发展阶段，一种推断如下： Naveen Macha https://www.linkedin.com/in/naveen-kumar-macha https://www.researchgate.net/profile/Naveen_Kumar_Macha https://ieeexplore.ieee.org/author/37086616155 相关资料：量子芯片_百度百科，Quantum Chip https://baike.baidu.com/item/%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%8A%AF%E7%89%87 科技部，2018-02-26，我国半导体量子芯片研究获突破：国际上首次在半导体量子点体系中实现三量子比特逻辑门 http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201802/t20180226_138211.htm 新华网，2019-02-12，量子技术，颠覆未来战争 http://www.xinhuanet.com/mil/2019-02/12/c_1210058129.htm 量子探测：将引发战场侦察巨变；量子通信：将引发信息安全革命；子计算：将引发“庙算”革命 2018-03-07，量子芯片霸权争夺，不得不知的6家大佬(终于有中国了) https://baijiahao.baidu.com/s?id=1594264218898476839wfr=spiderfor=pc 麻省理工；谷歌；IBM；英特尔；澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）；中国科技大学 2018-03-08，谷歌发布量子芯片，打破01计算规则，破解你密码分分钟的事 https://baike.baidu.com/tashuo/browse/content?id=9b9d9c1a68d85235d9269e5clemmaId=6927839fromLemmaModule=pcBottom 2019-01-10，澳大利亚量子科学家展示了全球首个3D原子级量子..._国防科技信息网 http://www.dsti.net/Information/News/113469 Spin read-out in atomic qubits in an all-epitaxial three-dimensional transistor 2015-04-29，IBM Shows Off a Quantum Computing Chip - MIT https://www.technologyreview.com/s/537041/ibm-shows-off-a-quantum-computing-chip/ 闵应骅，2018-01-12，放开思路，重振计算科学技术 (180112) 精选 http://blog.sciencenet.cn/blog-290937-1094444.html 密苏里大学堪萨斯城分校的Naveen Kumar Macha和他的团队 Macha他们发现，适当安排连线可以出现类似的逻辑行为。譬如三根平行线，给旁边的一根或两根线一个电压，就会在中间那一根上引起一个串扰，这不就是一个或门吗？明智地增加一个晶体管，他们构建了与门、或门、异或门，以及一个有进位功能的电路。这四种电路都比相应的CMOS电路更少的晶体管和少得多的芯片面积。 4 Strange New Ways to Compute - IEEE Spectrum https://spectrum.ieee.org/nanoclast/computing/hardware/4-strange-new-ways-to-make-a-computer 2018-05-15，中国芯酸：芯片行业需要百万年薪顶级人才，而非骑自行车的老专家 http://baijiahao.baidu.com/s?id=1600541737421569302wfr=spiderfor=pc http://m.kdnet.net/share-12766846.html 芯片的产业化，需要依靠无数百万年薪的顶级工程师，而不是把希望寄托在拿几千块工资骑自行车上下班的老专家们的无私奉献。如果不能正确认识这个问题，中国人只能在产业一次又一次的挫折中，去怀念那些记忆中的劳模和雷锋。 1995，关于“互容”概念的意义 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQDZ199504010.htm http://www.cqvip.com/QK/98031X/199504/2000725.html 2019-02-25，俄罗斯学者将俺的电路理论“互容”概念写入了教材？ http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1164136.html 感谢您的指教！感谢您指正以上任何错误！感谢您提供更多的相关资料！; 个人分类: 集成电路（资料）|5518 次阅读|16 个评论

[转载]电子自旋的量子信息推动硅量子芯片发展: quantumchina 2018-2-1 10:18; 摘要：全球正在加速竞争创造更多、更好、更可靠的量子处理器，荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft)Vandersypen教授领导的科学家团队正致力于该领域的研究，在与竞争对手的激烈竞争中，他们证明了电子自旋的量子信息可以被传送给硅量子芯片中的光子。这一重大发现对于连接整个芯片的量子比特并允许扩展到大量的量子比特是十分关键的。新的研究成果发表在世界权威学术期刊《科学》杂志上。 Iccsz讯全球正在加速竞争创造更多、更好、更可靠的量子处理器，荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft)Vandersypen教授领导的科学家团队正致力于该领域的研究，在与竞争对手的激烈竞争中，他们证明了电子自旋的量子信息可以被传送给硅量子芯片中的光子。这一重大发现对于连接整个芯片的量子比特并允许扩展到大量的量子比特是十分关键的。新的研究成果发表在世界权威学术期刊《科学》杂志上。图为研究人员，从左至右依次是Nodar Samkharadze，Lieven Vandersypen和Guoji Zheng 研究背景未来的量子计算机进行计算的能力将远远超出当今计算机。量子叠加和量子比特( 量子位)纠缠使得执行并行计算成为可能。全世界的科学家和公司都在创造具有越来越多量子比特的更好的量子芯片。代尔夫特理工大学的QuTech研究机构正在致力于研究多种类型的量子芯片。量子芯片的核心是由硅制成的。QuTech机构的Lieven Vandersypen教授解释说：“这是我们非常熟悉的材料，硅在晶体管中被广泛使用，因此可以在所有电子器件中找到。” 但同时硅也是量子技术非常有前景的材料。在读博士Guoji Zheng说：“我们可以利用电场捕获硅中的单电子作为量子比特，这是一种有吸引力的材料，因为它确保了量子比特中的信息可以长时间存储。” 研究挑战进行复杂的计算需要大量的量子比特，这成为全球范围内的挑战难题。研究人员Nodar Samkharadze解释说：“要同时使用大量的量子位，他们不仅需要互相连接，还需要良好的通信。目前在硅中被捕获为量子比特的电子只能与其相邻的量子比特直接接触，这使得扩展到大量的量子比特变得非常棘手。” 其他的量子系统可使用光子进行长距离交互。多年来，这也是硅量子研究的主要目标。只有近几年科学家们才在这方面取得了进展。重大发现与意义代尔夫特理工大学的科学家现在已经证明，单电子自旋和单光子可以耦合在一个硅芯片上。这种耦合理论上可以在自旋和光子之间传递量子信息。Guoji Zheng说：“实现把硅芯片上的远距离量子比特连接起来非常重要，可为硅芯片上的量子比特扩展铺平道路。” Vandersypen为他的团队感到自豪：“在全球竞争的巨大压力下，我们的团队在相对较短的时间内完成了这一成果。”这是代尔夫特理工大学一项真正的突破，Vandersypen 补充表示：“衬底是在代尔夫特制作，芯片也是在代尔夫特洁净室制造，并且所有测量都是在QuTech进行的”。图为单电子自旋和单光子耦合在一个硅芯片上的示意图下一步研究科学家正在努力进行下一步工作。Vandersypen表示，现在的目标就是通过光子将电子自旋的信息转移到另外一个。研究资助该研究是由欧洲研究理事会(ERC)协同资助计划(Synergy Grant)、荷兰科学研究组织(NWO)的Nanofront项目以及美国因特尔公司共同资助。成果发表 N. Samkharadze, G. Zheng, N. Kalhor, D. Brousse, A. Sammak, U. C. Mendes, A. Blais, G. Scappucci, L. M. K. Vandersypen. Strong spin-photon coupling in silicon. Science, 2018 DOI: 10.1126/science.aar4054 来源链接： http://www.iccsz.com/Site/CN/News/2018/02/01/20180201014316597400.htm 量子最快入门教程： http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=3364677do=blogid=1084559from=space 量子机器学习入门： http://blog.sciencenet.cn/blog-3364677-1096172.html; 个人分类: 量子计算|1522 次阅读|0 个评论

[转载]量子芯片时代正式开启: quantumchina 2018-1-17 19:17; 2018年初，量子计算的竞争格局继续升温。但当下的量子计算格局就像是50年前的半导体芯片行业。硅基集成电路（IC）于1968年进入“中规模”集成阶段。在短短几年内，单个芯片上的晶体管数量就从十个激增至数百个。一段时间后变成了数千个，然后是几万个，而现在——五十年后的今天——单个芯片上晶体管的数量已达数百亿。量子计算是量子物理的一个实际应用，它将被冷却到毫开尔文温度的单个亚原子粒子作为计算元素（compute elements）。这些亚原子计算元素被称为“量子位”。量子位可以用CMOS技术制造，如标准IC。但若想在量子计算机极度寒冷的运行环境中，通过互连、控制和传感器电路来操纵和协调越来越多的量子位，需要新的科学和技术的发展。量子计算目前正处于量子位只有两位数的时代。2017年，一个具有20个通用物理量子位的芯片横空出世，「我」相信2018年，我们将见证具有超过50个通用量子位的芯片诞生。但是第一个面向大众市场的通用量子计算机需由数千个逻辑量子位构成。逻辑量子位是容错的，可以进行错误检测并最终纠错。几千个逻辑量子位至少可以转换成几万个物理量子位——这取决于物理量子位构造——数量级也可能更高。 IBM的量子计算机I / O子系统，用于获取进出毫开尔文液氦浴中的电信号（来源：TIRIAS Research）事实上，从几十演变为几百个物理量子位需要一定的时间；从几百到几千则需要更长的时间。专家们认为，一个具有数千个逻辑量子位并可商业化部署的量子计算机问世至少需要十年的时间，甚至二十年。 “量子至上”很难一蹴而就。不过与此同时，许多供应商正在取得令人瞩目的进展。这是2018年初量子计算的记分卡。量子计算目前正处于快速扩张阶段，但当数量较少时，快速增长很容易。量子系统之下 IBM和Rigetti推出了可用于公共和有限访问使用的基于云的通用量子计算机（分别为20和19量子位系统），各自都有一个全栈软件开发工具包（devkit）。 NTT推出了基于云的量子点和基于光子学的体系结构，及其全栈开发套件（devkit）。微软和谷歌推出了他们的通用量子计算研发计划以及全栈devkit和模拟器，但尚未公开展示硬件。英特尔展示了芯片原型，但还没有进行验证。 IonQ，Quantum Circuits和RIKEN正在投资硬件开发，但还没有对外公布他们的工作。目前只有两家公司在向客户销售专用系统，不过是否可以被称为量子计算机仍存在争议：D-Wave的量子退火架构和Atos的专用量子模拟器。 D-Wave和NTT实现了2048个物理量子位，不过他们使用完全不同的技术来实现，而且他们的系统并没有显示出完全通用的量子计算能力。他们的架构适用于解决优化、分子动力学、甚至深度学习训练和推理任务等问题。量子计算模拟模拟数十个物理量子位需要大量的“传统”计算能力，这相当于当下最先进的基于IC的计算、内存、存储和网络结构。如果研究人员可以真正构建与当前仿真系统一样大的真实系统，这些“仿真软件”可能比他们模拟的量子计算机运行速度慢几个数量级。上周，来自Jülich超级计算中心，武汉大学和格罗宁根大学的欧洲研究人员组成的团队成功地模拟了一个46量子位的通用量子计算机。这个模拟打破了美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室4月份创下的 45量子位的记录。去年7月，哈佛 - 麻省理工学院超冷原子中心和加州理工学院的一个美国团队模拟了一个51量子位量子计算机，但它是为了解决一个特定的方程，而不是通用的模拟。去年11月，马里兰大学和美国国家标准与技术研究院（NIST）的一个小组发表了一篇关于53量子位模拟器的论文，但它也是为了解决一个特定的问题。同时，在云计算中，IBM在一台经典的超级计算机上内部模拟了一个56量子位的通用系统。但是，在公开使用16量子位系统的情况下， IBM似乎并不重视Q Network项目之外的最终用户仿真。微软新推出的量子开发套件支持在其Azure云中模拟“超过40个量子位”，其本地基于PC的模拟可以在16GB内存中扩展到大约30个量子位。我不得不怀疑，微软的Azure量子计算模拟是否与它最近与Cray的合作关系有关。Rigetti的基于云的Forrest模拟器可以模拟多达36个量子位。 Google的Quantum Playground可以模拟多达22个量子位。通用芯片 2017年底，IBM推出了20量子位芯片，这是IBM Q Network发布的基石（详细信息请参阅下面Q Network的公告）。IBM表示，他们已经构建好并在内部测试了一个50量子位芯片。IBM Q Network的参与者可以访问新的20量子位系统，随着量子位芯片发展，他们还可以提前访问50量子位芯片。英特尔在去年十月份向其研究合作伙伴QuTech（荷兰量子计算和量子互联网研究中心）交付了一个17量子位的测试芯片，并于2018年初在消费电子展（CES）上展示了一个49量子位芯片。Rigetti本周宣布，其19量子位芯片可用于云访问（访问需经Rigetti批准）。 Rigetti的芯片是20量子位架构，其中一个量子位有一个制造缺陷，紧随在IBM之后。谷歌已经在内部测试了6个、9个和20个量子位芯片，并且正在研究一个49量子位芯片，该芯片本计划在2017年底交付使用，但并没有如期发布。 Rigetti 20量子位芯片(左)，谷歌6量子位芯片及其载体 (中)，英特尔49量子位芯片载体(右)(来源:各自的制造商) Atos表示，其40量子位模拟器基于英特尔的Xeon处理器，但专用硬件加速器“即将问世”。这并不奇怪，因为IBM正在内部使用其Power Systems在开发过程中模拟量子计算机。量子软件开发在软件方面，为了吸引学术研究人员到特定的体系结构，开源关键代码是必需的，因为这些研究人员在过去的几十年里一直在开源内部量子计算环境。今年，IBM开放了QASM（Quantum ASseMbler），这是IBM QISKit（Quantum Information Software Kit）的一个关键部分。XACC（EXtreme scale ACCelerator）连接到Rigetti的模拟器和原型芯片以及D-Wave的生产系统。 QuTiP（Quantum Toolbox in Python）是开源的量子计算模拟器，在各大量子计算硬件社区中使用（阿里巴巴、亚马逊、谷歌、霍尼韦尔、IBM、英特尔、微软、诺斯鲁普·格鲁曼、Rigetti和RIKEN的标志都在其网站上出现）。据推测，QuTiP正被用来模拟正在开发的硬件架构。Google与Rigetti合作了一个编译和分析量子化学问题的开源软件包——OpenFermion。微软则推出了Q＃（Q-sharp）量子计算语言（请在下文中阅读有关微软的更多信息）。相关的活动还有很多，在此不再一一赘述。关于中国由于缺少量子计算机的出版物和公告，中国公司一直受到广泛的关注。今年中国宣布成立了价值100亿美元的量子信息科学国家实验室，并计划于2020年开放。阿里巴巴、百度和腾讯在人工智能和深度学习投入了大量资金，希望今年可以听到更多关于他们关注量子计算的消息。最近的大公告微软宣布量子开发套件微软在二十年前——2000年——就开始从事量子计算工作。去年九月份，微软在Ignite上宣布，它将在2012年发现的Majorana Fermions基础上开发量子计算程序。如果微软能够利用Majorana Fermions，微缩逻辑量子位可能比替代量子位技术经济得多——仅需大约10个物理量子位到一个逻辑量子位，而不需成千上万个。但是，在其大型的Majorana Fermion推出之后，微软一直闭口不言其硬件进展。相反，微软专注于量子模拟的新的Q＃语言，使其紧密融合其Visual Studio集成开发环境（IDE）和量子计算机模拟工具，包括分析资源利用率的跟踪模拟器，以及大量的库、代码示例和所有的文件。微软的量子模拟器使用英特尔的高级矢量扩展指令集，自2011年“Sandy Bridge”处理器一代以来，在英特尔处理器中得到了支持。微软去年也宣布了它的项目——基于FPGA的AI加速器的“脑波计划”（“Brainwave”），并暗示它正在Brainwave上运行“量子启发优化”。我的猜测是，微软正在通过优化Brainwave的FPGA深度神经网络（DNN）逻辑，提高深度学习模型的准确性或速度，或提高这两者。微软的开放十分重要，因为使用Visual Studio IDE的企业软件开发人员有很多。这是一个成熟高效的工具包。将量子计算集成到Visual Studio中可能会使新一代的学术研究人员告别开源IDE，就像英伟达通过其CUDA应用程序编程接口（API）和工具包去实现GPU编程一样。 IBM宣布Q Network IBM已经推出了QISKit API和devkit，以供开发人员访问IBM基于云的Quantum Experience和本地模拟器。去年十二月，IBM推出了Q Network生态系统开发计划。IBM将基于支付能力和对IBM量子生态系统可能的贡献值来限定会员资格，而没有在会员级别上设限。访问IBM的量子计算资源非常简单，通常访问都是Q Network参与者的一或两代访问硬件和最新的开发资源。有三种类型的会员，公布的参与者是： •Hubs（教育、研究、开发和商业化区域中心）：庆应义塾大学，墨尔本大学，橡树岭国家实验室（ORNL），牛津大学和IBM研究院 •合作伙伴（特定行业或学术领域的先驱）：戴姆勒（Daimler），摩根大通（JPMorgan Chase Co），JSR和三星（Samsung） •成员（制定量子准备战略）：巴克莱（Barclays），本田（Honda），Materials Magic（日立金属集团）和长濑（Nagase） IBM的Q Network和更大的IBM Q体验用户群的目标用户是研究生，学术研究人员和商业研究人员。无论是提供基础设施还是理解如何通过量子计算机编程来解决有用问题，量子计算都还处于实验阶段。量子计算目前还处于发现和启发阶段。 IBM表示，Q Experience工具被1500多所大学，300多所私立教育机构和300多所高中用作其物理课程的一部分。这也是英伟达成功的CUDA工具教育推广战略。IBM称35个第三方研究出版物使用了Q Experience工具，这个数字令人印象深刻——它突显了量子计算早期研究人员正在进行的激烈竞争。关于未来实现量子计算的商业化，我们还有很长的路要走。途中可能会有一些暂时的优势，但随着投入量子计算研发的大量投入，如果没有持续长期的研发和商业化战略，任何一个竞争者的短期量子优势都将转瞬即逝。不出意外的话，2018年我们将看到具有50个或更多通用量子位的系统。我们还将看到一些更专门的系统——超过2000个物理量子位，在解决某一类问题时突显出显著的量子优势。我们计划在3月份参加量子通信、测量与计算国际大会（QCMC），紧跟量子计算的研究潮流。来源链接： http://www.globalview.cn/html/societies/info_22332.html; 个人分类: 量子计算|1080 次阅读|0 个评论

量子芯片——5: jiazhang55 2017-2-25 14:21; 对于量子计算机而言，最主要的资源就是量子位的多少了，所以对于芯片设计者而言，如何利用最少的量子位，达到最好的效果，是最关键的。如果芯片设计者和编程优化非常好的话，我们甚至可以实现一个量子位，可以替代一个经典计算机核心的能力，可想而知，这样的话，我们有15-20个量子位的芯片，就完胜现在最好的intel芯片。那么根据以上的说法，我们就可以，得出一个结论。将来的量子芯片的发展将会有两个趋势。其一，少量子位，专业，低模拟能力，非通用。其二，多量子位，通用，超级型。第一种量子芯片，应该适用于民用行业。第二种芯片，则适用于大型公司和政府等大型机构。但我想，第一种芯片会比第二种芯片出现的晚几年，因为电子的纠缠需要超低温，而光子的纠缠需要与电子器件耦合。而“任意子”的小型化比较难。当然，intel的做法显然有些失误。这里主要说一下多进制编程的优缺点，对于量子芯片而言，多进制编程可以说是一种比较好的编程方法了，对于利用量子并行和电路实现难度而言，都比较好。还有就是，多进制编程是一种高自由度的编程方式，因为在编程过程当中，你既可以选择利用一个量子位，完成一个指令，同时你也可以选择利用两个或者多个完成一个指令。所以，对于编程的优化，也成为第一种量子芯片的关键之一。但，多进制编程同样有缺点，其缺点就是，必须有电压梯度，这对于三极管而言是比较难实现的（三极管属于数字计算机，而非模拟机），所以半导体行业的优势，并不是影响量子芯片好坏的主要因素。（intel需要努力了）。; 个人分类: 交流感受|283 次阅读|0 个评论

量子芯片4——光耦合放大和光敏晶体管: jiazhang55 2017-2-1 22:59; 我们都知道，量子纠缠对于环境非常敏感，很容易被外界环境破坏，所以我们非常想将噪声除去。但噪声却可以被我们利用，如果我们事先做好一个量子叠加太，然后让一个光子，去干扰他，这时候，叠加太消失，如果我们这是在较暗处放置一个晶体管，检测他的导通，则完成一次测量。具体方法是，首先通过计算（单位1）计算出五个光子的具体位置，然后在五个位置放置一个小孔（达到自干涉水平），如果每次测量时，五个孔同时检测出光子，则完成一次除错，并将结果输出，为了使结果更精确，我们需要，多设几个孔。这个检测器的优点是，便于集成，常温，反应速度快。但由于利用了噪声原理，所以对外界噪声需要严格排除，而小孔于光子要对准，并且光子要选择波长较长的，对于毛玻璃的要求也非常高; 个人分类: 交流感受|317 次阅读|0 个评论

[转载]中国教授又破半导体量子芯片世界纪录: 热度 1 wanglaow 2013-2-6 06:51; http://scitech.people.com.cn/n/2013/0205/c1057-20432424.html 　中新社合肥2月4日电 (记者吴兰)记者4日从中国科技大学获悉，中科院量子信息重点实验室郭国平教授半导体量子芯片研究组及其合作者又破世界纪录，通过实验成功实现世界上最快速量子逻辑门操作，取得半导体量子芯片研究的重要突破。　　众所周知，世界上第一台计算机埃尼亚克占地170平方米，功率达174千瓦，可是其运算速度还不如普通计算器。随着半导体产业的飞速发展，电子产品的尺寸越来越小，晶体管集成度越来越高，单个晶体管的尺度也越来越小，由尺寸效应等导致的量子效应也越来越明显。　　据介绍，由摩尔定律推算，大概到2020年，每个晶体管将小到只有一个电子。此时单个电子的运动将满足微观世界中量子力学的物理规律。信息的这种量子化趋势将极大地影响未来信息处理中的编码方式、运算规律和读取方式等各个环节，甚至彻底改变目前半导体信息产业的格局。　　郭国平教授介绍，研究组从可大规模集成化的半导体单电子晶体管的设计制备出发，在砷化镓铝异质结中制备出一种集成了双路量子探测通道的栅型双量子点复合结构，并且通过调节加载在栅电极上电秒冲的高度和宽度，成功实现了世界上最快速的皮秒量级单比特超快普适电控量子逻辑门，比国际上公开报道的电控半导体逻辑门的运算速度提高近两个数量级，相关研究成果发表在最新一期权威学术期刊《自然通讯》上。　　更快和更大规模的集成始终是芯片技术的核心梦想。郭国平教授说，更快的量子逻辑门操作，才有可能将量子计算从小规模的实验室演示推向真正的实用化。 (中国科技网) (来源: 中新社 ) 。。。。。。。。。。。。。。。。。。现今的科技类新闻，经常出错误，误导不明真相的群众，例如俺这种，^_^。。。。虽然这个芯片被冠以“量子芯片”，但是仔细看来，实现的是“量子点”结构，而不是大家以为的在原理上跟经典计算有本质差别的“量子计算”。我的疑问是，虽然 “郭国平教授说，更快的量子逻辑门操作，才有可能将量子计算从小规模的实验室演示推向真正的实用化。” 但是，迄今为止的各种量子计算，例如最著名的分解因数的肖算法，必须依赖于更快的“量子芯片”吗？记得更多的是依靠量子纠缠来进行计算的呀。; 个人分类: 未分类|2551 次阅读|1 个评论

中国又破半导体量子芯片世界纪录: 热度 3 cuncaoxin 2013-2-5 15:38; 中科院量子信息重点实验室郭国平教授半导体量子芯片研究组及其合作者又破世界纪录，通过实验成功实现世界上最快速量子逻辑门操作，取得半导体量子芯片研究的重要突破，相关研究成果发表在1月29日出版的《Nature Communications》上。研究组成功在“一个电子”上实现10皮秒级量子逻辑门运算，将原世界纪录提高近百倍，为实现基于半导体的“量子计算机”迈出重要一步。　该项研究受到科技部，国家自然科学基金委和中科院的资助。更快和更大规模的集成始终是芯片技术的核心梦想。郭国平教授说，更快的量子逻辑门操作，才有可能将量子计算从小规模的实验室演示推向真正的实用化。; 个人分类: 技术创新|1953 次阅读|3 个评论

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